Original paper

Determination of the turbulent fluxes of heat and momentum in the ABL by ground-based remote-sensing techniques (a Review)

Engelbart, Dirk A.M.; Kallistratova, Margarita; Kouznetsov, Rostislav

Meteorologische Zeitschrift Vol. 16 No. 4 (2007), p. 325 - 335

published: Aug 30, 2007

DOI: 10.1127/0941-2948/2007/0224

BibTeX file

ArtNo. ESP025011604002, Price: 29.00 €

Download preview PDF Buy as PDF

Abstract

During the past about 20 years, quite a number of methods for estimation of vertical profiles of the turbulent fluxes of heat and momentum, estimated or measured by means of ground-based remote-sensing techniques have emerged. This paper will focus attention on those, which refer to methods for windprofiler radar, radar/RASS, sodar, sodar/RASS, and to a lesser extent, also to lidar. The paper reviews the current state-of-the-art in flux profiling using these techniques and tries to summarize their capabilities and limitations. It is shown, that considerable progress has been reached over the last decades, although it has to be stated that flux determination by ground-based remote sensing still remains far from being an operational product. Nevertheless, with undergoing improvements in signal processing and hardware modifications, considerable improvements may still be possible in this field for the future. Already now, it can be summarized that ground-based remote-sensing techniques are of similar accuracy than expensive airborne campaigns.

Kurzfassung

Zur Bestimmung von Vertikalprofilen turbulenter Flüsse in der Grenzschicht sind in den letzten 20 Jahren zahlreiche Methoden entwickelt und angewendet worden, die auf bodengebundener Fernmesstechnik basieren. Der vorliegende Beitrag gibt hier eine Übersicht über all jene Verfahren, die dazu entweder Windprofiler Radar, Radar/RASS, Sodar, Sodar/RASS oder Lidarmessungen verwenden, wobei die hier erwähnten Lidarverfahren jedoch auf eine Auswahl zur Bestimmung des Impuls- bzw. fühlbaren Wärmeflusses beschränkt bleiben. Neben einer Übersicht über den aktuellen Stand der Messung von Vertikalprofilen turbulenter Flüsse unter Verwendung von Fernmesstechnik, versucht der Beitrag vor allem Möglichkeiten und Grenzen einer Anwendung der Verfahren zusammenzufassen. Es wird dabei deutlich, dass die Anwendung der Fernmesstechnik zur Flussprofilmessung, trotz erheblicher Fortschritte in den zurückliegenden Jahrzehnten, noch nicht das Stadium einer operationellen Anwendbarkeit erreicht hat, d.h. noch nicht ohne Expertenbegleitung nutzbar ist. Fortschritte auf diesem Gebiet können in der nahen Zukunft dennoch erreicht werden, wobei insbesondere Verbesserungen bei der Signalverarbeitung sowie durch Hardware-Modifikationen zu erwarten sind. Im Vergleich zu kostenintensiven, Luftfahrzeug getragenen Alternativen ist die Fernmesstechnik aber bereits heute in der Lage, vergleichbare Genauigkeiten zu erzielen.